Il paradosso di Hawking, secondo il quale i buchi neri “perdono” radiazioni, è un problema che i fisici hanno tentato di risolvere per ben 51 anni.

Uno dei contributi più significativi che Stephen Hawking ha dato alla scienza, riguarda senza dubbio i buchi neri. Hawking suggerì che un buco nero possa emettere una forma di radiazione che lo fa lentamente evaporare, per poi esplodere ponendo fine alla sua vita. Questa radiazione, chiamata appunto radiazione di Hawking, causa però un problema fra relatività generale e fisica quantistica. La prima, infatti, è la miglior descrizione che abbiamo della gravità e dell’universo su scale cosmiche massicce, la seconda è il miglior modello della fisica che governa l’infinitamente piccolo. Le due teorie, entrambe confermate sin dai loro inizi nel XX secolo, rimangono tuttavia incompatibili.

Un buco nero. Credit: pixabay

Buco nero, il paradosso di Hawking

Questa incompatibilità fra relatività e meccanica quantistica si è ancor più aggravata, negli anni ’70, quando Hawking ha preso i principi della fisica quantistica e li ha applicati ai buchi neri. È nato un paradosso che i fisici stanno cercando di risolvere da oltre 50 anni. Potremmo, però, essere vicini alla soluzione, grazie ad uno studio pubblicato sulla rivista Europhysics Letters il mese scorso. I ricercatori dell’Università del Sussex hanno descritto in dettaglio il problema del paradosso e le sue potenziali soluzioni.

I buchi neri si creano quando stelle massicce raggiungono la fine della loro vita ed esauriscono il combustibile utilizzato per la fusione nucleare. Cessata la fusione, viene meno anche la pressione verso l’esterno che sostiene una stella contro la forza di gravità interna. Ciò si traduce in un collasso del nucleo, che crea un punto in cui lo spaziotempo è infinitamente curvo: una singolarità che la fisica attualmente non ha ancora saputo descrivere. Al limite esterno di questa curvatura estrema c’è il cosiddetto “orizzonte degli eventi”, un punto in cui nemmeno la luce è abbastanza veloce da sfuggire all’attrazione gravitazionale del buco nero.

“O dobbiamo modificare la meccanica quantistica, o la teoria della relatività”

Una delle questioni rimaste irrisolte per almeno mezzo secolo è: quando un buco nero evapora, spariscono anche le informazioni contenute al suo interno? I calcoli di Hawking implicavano che le informazioni su ciò che è stato inghiottito dal buco nero (stelle, materia, etc) sarebbero state distrutte al momento della morte del buco nero. “Se fosse vero – dicono gli autori dello studio, Calmet e Hsu – sarebbe un problema per la fisica, dato che una delle proprietà chiave della meccanica quantistica implica che è sempre possibile guardare “un film al contrario”. In altre parole, le informazioni di ciò che è stato inghiottito verrebbero conservate in qualche modo.

I due ricercatori suggeriscono che le informazioni trasportate dalla materia ingerita dal buco nero possano essere codificate nel campo gravitazionale del buco nero stesso. Calcolando le correzioni di gravità a livello quantistico, hanno poi mostrato che il potenziale della stella collassata è sensibile alle sue condizioni interne. Ciò significa che i buchi neri possiedono, in mancanza di un termine migliore, dei cosiddetti “capelli quantici” cresciuti dalla composizione della stella progenitrice. “Quando questa stella collassa in un buco nero, la correzione rimane – continuano gli scienziati. “In altre parole, i buchi neri hanno una memoria quantistica della loro stella progenitrice”, concludono.

Riferimenti: Popular Mechanics

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